Pengantar dan Klasifikasi Reaksi Senyawa Organik

Pengantar Senyawa Organik

Ilmu kimia adalah cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari tentang komposisi, struktur, sifat-sifat dan perubahan-perubahan dari materi serta energi yang menyertainya. Pertumbuhan dan perkembangan yang cepat dari ilmu kimia telah menyebabkan perlunya pemisahan ke dalam sejumlah bidang kimia yang lebih khusus. Dewasa ini kita mengenal antara lain kimia fisika, kimia analisis, biokimia, kimia anorganik, serta kimia organik.

 

Senyawa organik merupakan senyawa yang sudah dikenal lama dalam kehidupan manusia. Sejak dahulu, mesir kuno telah menggunakan pewarna indigo dan alizarin untuk mewarnai kain. Mereka juga telah mampu mengawetkan mayat (mumi) menggunakan formalin. Di tempat lain, orang-orang Phoenix menggunakan warna “ungu kerajaan” yang diperoleh dari molusca sebagai bahan pewarna kain. Ilmu kimia yang mempelajari senyawa-senyawa organik dinamakan kimia organik. Sebagai ilmu tersendiri, kimia organik baru berkembang sejak sekitar 200 tahun yang lalu.

Sampai awal abad XIX, kimia organik (sesuai dengan namanya), didefinisikan oleh para ahli sebagai ilmu kimia yang mempelajari senyawa yang datang dari benda hidup. Pada waktu itu, bahkan para ahli berkeyakinan bahwa tidak mungkin mensintesis (membuat) suatu senyawa organik tanpa melalui proses metabolisme makhluk hidup (kekuatan vital atau vital force). Senyawa-senyawa kimia seperti urea dan gula hanya bisa dibuat oleh makhluk hidup, dan belum ada sampai saat itu metode yang dapat dilakukan untuk membuat urea atau gula dari benda mati atau anorganik. Jadi, kimia organik adalah lawan dari kimia anorganik.

Sejak zaman purba manusia telah menggunakan zat-zat yg diambil atau diisolasi  dari organisme hidup baik tumbuhan maupun hewan. Untuk membuat obat orang merebus daun-daun, kulit kayu, atau akar tumbuhan dengan air. Air rebusan ini tanpa difahami oleh perebusnya, pada hakekatnya mengandung ” zat-zat organik ” atau zat-zat yg berasal dari organisme hidup, yg berkhasiat bagi penyembuhan berbagai penyakit, atau mempertahankan dan meningkatkan kesehatan tubuh. Rebusan daun kumis kucing, dikenal untuk obat kencing batu, demikian juga kita mengenal rebusan-rebusan obat seperti rebusan daun saga, kulit kina, atau jamu godokan. Karena za-zat di atas berasal dari makhluk hidup maka zat tersebut disebut senyawa organik. Dengan demikian ilmu kimia yang mempelajari senyawa itu disebut ilmu kimia organik. sebaliknya senyawa-senyawa yang bukan berasal dari makhluk hidup disebut senyawa anorganik.

Dalam tubuh makhluk hidup mempunyai sifat-sifat dan struktur yang berbeda dengan yg berasal dari bukan makhluk hidup. Keyakinan ini mendorong munculnya doktrin “daya hidup” atau “vital force“, yg merupakan sisa-sisa dari mistik sebelumnya. Oleh karena semua senyawa organik yg diketahui pada awal abad ke 19 bersumber dari makhluk hidup, baik hewan maupun tumbuhan, terdapat perasaan yg kuat bahwa zat-zat organik memiliki “daya hidup” yg khusus. Pada masa itu sebagian besar kimiawan percaya bahwa senyawa-senyawa organik yg memiliki daya hidup tersebut tidak dapat dibuat atau disintesis dilaboratorium dari zat-zat anorganik. Dari uraian di atas kita dapat mengerti bahwa suatu kepercayaan yg berbau mistik semacam “vital force” itu dapat menghambat perkembangan ilmu pengetahuan akan tetapi berkat terusnya dilakukan penelitian yg intensif, kepercayaan akan vital force akhirnya musnah.

Untuk itu, pada tahun 1770, seorang ahli kimia Swedia yang bernama Torbern Bergman, mendefinisikan kimia organik sebagai ilmu yang mempelajari senyawa-senyawa yang diambil dari organisme hidup, dan senyawa-senyawa tersebut membutuhkan kekuatan vital (organisme) untuk membuatnya.Selanjutnya, pada tahun 1784 Lavoisier untuk pertama kalinya menemukan bahwa unsur penyusun utama senyawa organik adalah C, H, dan O. Dan pada tahun 1811-1831, Justus Liebig, J.J. Berzelius, dan J.B.A. Dumas mengembangkan metode kuantitatif untuk menentukan komposisi senyawa organik. 

Keyakinan para ilmuwan bahwa senyawa organik harus berasal dari makhluk hidup, hanya bertahan selama 6 dasawarsa. Pada tahun 1828, salah seorang murid Berzelius yaitu Friederich Wohler, secara tidak sengaja mampu mensintesis urea dari senyawa anorganik. Pada waktu itu, dia sedang mereaksikan larutan perak sianat (AgOCN) dengan larutan amonium klorida (NH₄Cl). Reaksi ini menghasilkan larutan amonium sianat (NH₄OCN) dan endapan perak klorida (AgCl). Setelah dipisahkan, dia ingin mendapatkan kristal amonium sianat dengan cara memanaskan larutan amonium sianat. Ternyata, karena pemanasan terlalu lama, senyawa tersebut memang mengkristal, namum berubah menjadi urea [(NH₂)₂CO].

Kejadian ini menggemparkan dunia kimia pada waktu itu, urea yang merupakan senyawa organik, dapat dibuat dari amonium sianat yang merupakan senyawa anorganik. Semenjak itu, banyak sintesis senyawa organik yang dilakukan di laboratorium.

Karena kejadian itu pula (dan sintesis senyawa organik di laboratorium lainnya), definisi kimia organik pun berubah. Tahun 1861, Friederich Kekule mengusulkan bahwa kimia organik harus didefinisikan sebagai cabang ilmu kimia yang mempelajari senyawa-senyawa karbon. Akan tetapi, sebenarnya definisi ini pun tidaklah terlalu tepat, karena sebagiamana akan dipelajari, ada pula senyawa karbon yang bukan organik.

Meskipun begitu, definisi ini lebih tepat karena memang semua senyawa organik mengandung karbon, sementara senyawa karbon yang bukan organik jenisnya hanya sedikit. Berikut ini tabel yang akan memberikan gambaran beberapa perbedaan antara senyawa karbon organik dengan senyawa karbon anorganik.

Pada tahun 1828 Friedrich Wöhler (1800-1882) kimiawan dari Jerman berhasil mensintesa senyawa organik dari senyawa anorganik, yaitu dari amonium tiosianat/NH₄OCN yang dipanaskan menghasilkan urea (H₂N-CO-NH₂), dengan  reaksi :

KOCN   +   NH₄CL  →  KCl    +   NH₄OCN  (senyawa anorganik)

NH₄OCN                  → H₂N – CO – NH₂      (senyawa organik)

Klasifikasi senyawa Organik

Mengingat jumlah senyawa organik dari yang telah diidentifikasi sedemikian besar-nya, bahkan dari waktu ke wakrtu senantiasa bertambah, maka untuk mempermudah dalam mempelajarinya perlu adanya klasifikasi. Langkah klasifikasi ini dimungkinkan karena kenyataan menunjukkan bahwa terdapat sejumlah senyawa organik yang memperlihatkan kesamaan dalam hal tertentu. Kesamaan itulah yang memungkinkan senyawa-senyawa tersebut dimasukkan dalam satu kelompok / golongan.

a)      Dasar klasifikasi senyawa organik

1.      Kerangka atom karbon yang terdapat dalam struktur kimia

2.      Jenis unsur-unsur penyusunnya.

3.      Gugus fungsi yang dimilikinya

b)      Tiga golongan besar senyawa organik

1.      Golongan senyawa alifatik dan alisiklik.

2.      Golongan senyawa homosiklik atau karbosiklik (alisiklik dan aromatik)

3.      Golongan senyawa heterosiklik.

Dalam kehidupan sehari-hari kita banyak menjumpai senyawa, baik senyawa organik maupun anorganik. Senyawa organik sangat banyak jenisnya, sehingga perlu adanya penggolongan senyawa organik.

1.      Senyawa siklik: senyawa yang mempunyai rantai karbon tertutup.

2.      Senyawa alifatik: senyawa yang mempunyai rantai karbon terbuka.

3.      Senyawa homosiklik: senyawa siklik yang atom lingkarnya hanya tersusun oleh atom karbon.

4.      Senyawa heterosiklik : senyawa siklik yang atom lingkarnya, selain tersusun dari atom C (karbon) juga tersusun oleh atom lain, misalnya : O, N, dan S.

5.      Senyawa polisiklik: senyawa yang mempunyai lebih dari dua struktur lingkar atom karbon.

6.      Senyawa alisiklik : senyawa siklik yang mempunyai sifat-sifat seperti senyawa alifatik.

7.      Senyawa aromatik : senyawa siklik yang tersusun oleh beberapa atom karbon membentuk segi lima, segi enam secara beraturan dan mempunyai ikatan rangkap yang terkonjugasi dengan ketentuan :

Tiap atom dalam cincin harus mempunyai orbital p yang tersedia untuk pengikatan, bentuk cincin harus datar, harus terdapat (4n+2) elektron π dalam cincin itu (aturan Huckel).

 Gugus Fungsi 

Yang dimaksud dengan gugus fungsi adalah atom atau kumpulan atom yang menandai suatu golongan senyawa organik, dan juga menentukan sifat-sifat golongan senyawa organik yang disebutkan dalam pengertian gugus fungsi tersebut hanya dibatasi pada sifat-sifat kimia, maka fungsinya sebagai penentu terlihat pada reaksi-reaksinya. Dengan demikian bila gugus fungsi sejumlah senyawa sama, dapat diduga bahwa reaksi-reaksinya banyak kesamaannya.

Gugus-gugus fungsi yang umum

1.    Gugus OH ( hidroksil) , gugus ini terdapat pada alkohol dan fenol

2.    Gugus C = O ( karbonil), terdapat pada golongan aldehida dan keton.

3.    Gugus COOH (Karboksil), gugus merupakan kombinasi antara gugus –C=O (karbonil) dan gugus –OH (hidroksil). Dari kombinasi nama kedua gugus itu pulahlah diperoleh nama karboksil. Gugus karboksil adalah gugus fungsi pada golongan asam karboksilat.

4.    Gugus  -NH₂ ( amino ), terdapat pada senyawa amina primer dan asam amino.

5.    Gugus  -OR ( alkoksi ), gugus alkoksi terdapat pada golongan eter.

6.    Gugus -NHR dan -NR₁R₂, kedua gugus ini merupakan turunan dari gugus -NH₂, dan terdapat pada amina primer dan amina sekunder.

7.    Gugus-gugus turunan dari -COOH (karboksilat ).

Tabel Golongan senyawa dan gugus fungsionalnya

Golongan Senyawa	Rumus	Gugus Fungsional	Rumus
Alkena	R2 - C = C - R2	Ikatan rangkap dua karbon-karbon	b         ∕ C=C ∕        b
Alkuna	R - C º C – R	Ikatan rangkap tiga karbon-karbon	- C º C -
Alkohol	R – OH	Gugus hidroksi	- OH
Eter	R – OR	Gugus alkoksi	- OR
Aldehid	O ║ R-CH	Gugus aldehid	O ║ - CH
Keton	O ║ R - C – R	Gugus keton	O ║ - C -
Asam karboksilat	O                      ║ R - C – OH	Gugus karboksilat	O                ║ - C - OH
Ester	O                      ║ R - C – OR	Gugus ester	O                 ║ - C- OR
Amida	O              O      ║                   ║ R-CNH2,  R-CNHR      O                   ║                    R - CNR2	Gugus amida	O           O                     ║               ║ - CNH2, - CNHR   O               ║                    - CNR2
Amina	R-NH2, R-NHR, R-NR2	Gugus amino	-NH2, -NHR, -NR2

Reaksi Senyawa Organik

1. Reaksi Substitusi

Reaksi ini merupakan salah satu reaksi kimia organik, reaksi substitusi merupakan reaksi yang terjadi akibat penggantian sebuah atom senyawa hidrokarbon oleh atom senyawa lain. Reaksi ini umumnya terjadi pada senyawa alkana atau senyawa jenuh dimana enyawa alkana ini mampu mengalami reaksi substitusi dengan halogen.

Mekanisme dari substitusi aromatik elektrofilik

1. Reaksi substitusi nukleofilik

Pada reaksi substitusi nukleofilik atom/ gugus yang diganti mempunyai elektronegativitas lebih besar dari atom C, dan atom/gugus pengganti adalah suatu nukleofil, baik nukleofil netral atau nukleofil yang bermuatan negatif. Reaktivitas relatif dalam reaksi substitusi nukleofilik dipengaruhi oleh reaktivitas nukleofil, struktur alkilhalida dan sifat dari gugus terlepas. Reaktivitas nukleofil dipengaruhi oleh basisitas, kemampuan mengalami polarisasi, dan solvasi.

2. Reaksi substitusi elektrofilik

Benzena memiliki rumus molekul C6H6, dari rumus molekul tersebut seyogyanya benzena termasuk golongan senyawa hidrokarbon tidak jenuh. Namun ternyata benzena mempunyai sifat kimia yang berbeda dengan senyawa hidrokarbon tidak jenuh. Beberapa perbedaan sifat benzena dengan senyawa hidrokarbon tidak jenuh adalah diantaranya bahwa benzena tidak mengalami reaksi adisi melainkan mengalami reaksi substitusi. Pada umumnya reaksi yang terjadi terhadap molekul benzena adalah reaksi substitusi elektrofilik, hal ini disebabkan karena benzena merupakan molekul yang kaya electron.

2. Reaksi Adisi

Reaksi adisi terjadi pada senyawa tak jenuh. Molekul tak jenuh dapat menerima tambahan atau gugus dari suatu pereaksi. Dua contoh pereaksi yang mengadisi pada ikatan rangkap adalah brom dan hidrogen. Adisi brom biasanya merupakan reaksi cepat, dan sering dipakai sebagai uji kualitatif untuk mengidentifikasi ikatan rangkap dua atau rangkap tiga. Reaksi adisi secara umum dapat digambarkan sebagai berikut:

    1. Adisi elektrofilik

Tahap reaksi adisi elektrofilik adalah:

Tahap 1: serangan terhadap elektrofil E+yang terjadi secara lambat,

Tahap 2 : serangan nukleofil terhadap karbonium,

Sebagai contoh apabila etena bereaksi dengan HBr 

    2. Adisi nukleofilik

Tahap reaksi adisi nukleofilik adalah:

Adisi nukleofilik ini khusus untuk HX terhadap senyawa C = C – Z, dimana Z adalah CHO, COR, COOR, CN, NO2, SO2R, gugus ini mendominasi delokalisasi elektron pada senyawa intermediet. 

3. Reaksi Eliminasi

Reaksi eliminasi adalah kebalikan dari reaksi adisi. Dalam reaksi ini terjadi penghilangan 2 atom atau gugus untuk membentuk ikatan rangkap atau struktur siklis. Kebanyakan reaksi eliminasi menyangkut kehilangan atom bukan karbon.

1. Reaksi eliminasi

Bila alkil halida yang mempunyai atom H direaksikan dengan basa kuat, akan terjadi reaksi eliminasi dan terbentuk alkena. Karena proton yang dihilangkan terletak pada kedudukan terhadap halogen, maka reaksi ini disebut eliminasi Bila X adalah halogen, maka reaksi ini disebut dehidrohalogenasi. Eliminasi dapat pula terjadi bila X adalah gugus lepas yang baik, misalnya –OSO2R, -SR2 dan -SO2R.

2. Eliminasi

Reaksi eliminasi terjadi jika 2 atom atau gugus yang dihilangkan berasal dari atom karbon yang sama. Misalnya t-butoksida akan menghilangkan proton dari tribromometan (bromoform). Selanjutnya tribromo karbanion akan kehilangan ion bromida, sehingga terbentuk dibromokarbena, suatu intermediet yang sangat reaktif, yang dapat ditangkap (trapped) dengan sikloheksena.

4. Reaksi Penataan Ulang

Reaksi penataan ulang dapat berlangsung melalui intermediet, terutama kation-kation, anion-anion atau radikal-radikal. Sebagai contoh adalah penataan ulang yang melibatkan karbokation, kation 1-propilium dapat mengalami penataan ulang menjadi kation 2-propilium, yaitu dengan perpindahan satu atom hidrogen dengan pasangan elektronnya (geseran hidrida) dari C2 ke karbon C1 karbokationiknya. Hal ini merupakan petunjuk bahwa kestabilan karbokation sekunder lebih besar daripada primer, tetapi geseran dalam arah yang berlawanan dapat berlangsung, asalkan dimungkinkan untuk mencapai kemampuan delokalisasi yang labih besar pada system orbital suatu cincin benzena. Berikut ditunjukkan terjadinya penataan ulang dari karbokation tersier sekunder.

Di sini terlihat adanya peluang untuk terjadinya penataan ulang yang lebih menarik dalam kation terdelokalisasi, misalnya penataan ulang pada sistem alilik. Sebagai contoh adalah dalam reaksi solvolisis SN1 dari 3-kloro-1-butena dalam etanol (EtOH). Setelah terbentuknya karbokation, penyerangan oleh EtOH dapat terjadi pada C1 dan C2, dan ternyata diperoleh campuran dari kedua eter tersebut.

5. Reaksi Radikal

Reaksi-reaksi yang melibatkan radikal amat banyak terjadi dalam bentuk gas, pembakaran senyawa organik hampir selalu merupakan reaksi radikal. Reaksi radikal juga dapat berlangsung dalam larutan, terutama jika dilakukan dalam pelarut nonpolar, serta terkatalisis oleh cahaya atau terjadi penguraian serentak zat-zat kimia yang diketahui akan menghasilkan radikal itu sendiri, yakni peroksida organik. Ciri khas lain untuk reaksi radikal adalah bahwa begitu mulai terjadi, reaksi akan berjalan amat cepat akibat berlangsungnya reaksi-rantai-cepat yang hanya sedikit memerlukan energi, misalnya pada halogenasi alkana.

Dalam hal ini, radikal yang diperoleh secara fotokimia yaitu atom brom (Br.) reaksinya dengan substrat netral R-H akan menghasilkan R.. Radikal ini bereaksi lebih lanjut dengan suatu molekul netral Br2, dan akan menghasilkan Br. Lagi, daur ini berlangsung terus menerus tanpa perlu Br. baru lagi. Merupakan ciri khas pula bahwa reaksi radikal semacam ini dapat dihambat dengan adanya pemasukan suatu bahan yang dapat bereaksi dengan radikal, misalnya fenol, kinon, difenilamina. Bahan-bahan ini dapat dipakai untuk menghentikan suatu reaksi radikal yang tengah berlangsung, sehingga bahan ini disebut penghenti/terminator. 

Permasalahannya : 

Berdasarkan artikel yang telah saya uraikan diatas pada reaksi radikal umumnya tidak selektif dan begitu mulai terjadi, akan berjalan sangat cepat karena berlangsung reaksi rantai. Nah bagaimanakah cara agar dapat menghentikan reaksi radikal tersebut  ? Mohon bantuan nya teman-teman untuk menjawab permasalahan ku.
 

Terimakasih..